Термопластичный полиуретан TPU — это разновидность полиуретана, который при нагревании становится пластичным, а в растворителях — растворимым. По сравнению с компаундированными и литыми полиуретанами термопластичный полиуретан практически не содержит или содержит очень мало химических сшивок; его молекулы в основном линейные, однако в нём всё же присутствует определённое количество физических взаимодействий.

Теперь, когда мы знаем, что такое TPU, какие же у него есть классификации? В зависимости от критериев разделения, TPU можно подразделить на множество различных категорий.

Например, по структуре мягких сегментов они делятся на полиэфирные, полиэфирные и бутадиеновые; соответственно, эти сегменты содержат эфирные, эфирные или бутадиеновые группы. По структуре жёстких сегментов они подразделяются на амидные и амидуретановые; их получают с помощью диолевых или диаминовых расширителей цепи.

Общепринятое разделение осуществляется на полиэфирные и полиэфирные.

Хотя ТПУ подразделяется на множество классов, с точки зрения молекулярной структуры все они относятся к полиуретанам. Так как же происходит их полимеризация?

В процессе соматической полимеризации она может быть разделена на два метода в зависимости от наличия или отсутствия предварительной реакции: метод предполимеризации и одностадийный метод. При методе предполимеризации диполиизоцианат сначала определённое время реагирует с макромолекулярным диолом, после чего добавляется расширяющий агент для получения ТПУ. В одностадийном методе макромолекулярный диол, диполиизоцианат и расширяющий агент одновременно смешиваются и вступают в реакцию с образованием ТПУ.

Растворная полимеризация заключается в том, что диизоцианат сначала растворяют в растворителе, затем добавляют макромолекулярный диол и дают реакции протекать определённое время; в завершение добавляют расширяющий агент для получения ТПУ.

Переработка в расплавленном состоянии — это технология, широко используемая в пластмассовой промышленности: такие процессы, как смешение, каландрирование, экструзия, выдувное формование и литьё под давлением (включая литьё под давлением, прессование, переносное литьё и центробежное литьё); переработка в растворе заключается в том, что гранулы растворяют в растворителе или полимеризуют непосредственно в растворителе с образованием раствора, который затем используется для нанесения покрытий, волокнообразования и других процессов.

Если какой-либо материал широко применяется, это несомненно связано с его исключительно высокими характеристиками; TPU — не исключение.

Как и литой полиуретан (жидкость), и смешанный полиуретан (твердое вещество), ТПУ обладает высоким модулем упругости, высокой прочностью, высокой растяжимостью и высокой эластичностью, а также отличными характеристиками износостойкости, маслостойкости, стойкости к низким температурам и стойкости к старению. Среди них особенно выделяются такие преимущества ТПУ, как высокая прочность на растяжение, большая степень растяжения и низкий уровень остаточной деформации при длительном сжатии.

Далее мы подробно рассмотрим механические свойства ТПУ с точки зрения предела прочности при растяжении и относительного удлинения, упругости и твёрдости.

① Высокая прочность на растяжение, высокий коэффициент удлинения

У ТПУ очень высокие прочность на растяжение и удлинение. Как видно из данных на приведённом ниже графике, полиэфирные ТПУ по прочности на растяжение и удлинению значительно превосходят поливинилхлоридные пластмассы и каучуки.

Кроме того, при обработке ТПУ не используются или используются лишь незначительные добавки, что позволяет удовлетворить требования пищевой промышленности — задача, которую трудно реализовать с другими материалами, такими как ПВХ и резина.

② Эластичность очень чувствительна к температуре.

Упругость ТПУ характеризуется степенью, с которой материал быстро восстанавливает свою первоначальную форму после снятия деформирующего напряжения; она выражается через коэффициент восстановления — отношение работы, необходимой для обратного сжатия деформации, к работе, затраченной на её возникновение. Эта величина является функцией динамического модуля упругости и внутреннего трения эластомера и крайне чувствительна к температуре.

Мягкие сегменты TPU — это PTMG, PCL и PBA с относительными молекулярными массами 1000 и 2000 соответственно; жёсткие сегменты — это MDI-BDO, содержание жёстких сегментов составляет 48,2% (для PCL-1250 — 42,7%) и 31,7%; синтез осуществляется методом предполимеризации с коэффициентом r0=1,05.

Как и ожидалось, коэффициент восстановления уменьшается с понижением температуры до определённой точки, после которой эластичность резко возрастает. Эта температура является температурой кристаллизации мягких сегментов и зависит от структуры макромолекулярных диолов: у полиэфирных ТПУ она ниже, чем у полиэфирных ТПУ. При температурах ниже температуры кристаллизации эластомер становится очень жёстким и теряет свою эластичность; таким образом, коэффициент восстановления напоминает отскок от твёрдой металлической поверхности.

③ — диапазон твердости по Шору 6. 0A--80D

Твёрдость ТПУ обычно определяется с помощью шкалы твёрдости Шор А и Шор D; шкала Шор А применяется для более мягких ТПУ, а шкала Шор D — для более твёрдых ТПУ.

Поскольку степень твёрдости ТПУ можно регулировать, изменяя соотношение жёстких и мягких сегментов, этот материал обладает довольно широким диапазоном твёрдости — от 60A до 80D по шкале Шора — что позволяет ему перекрывать диапазон твёрдости как резины, так и пластмасс. При этом на всём диапазоне твёрдости ТПУ сохраняет высокую эластичность.

В настоящее время основными производителями сырья для ТПУ в мире являются: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Minga, Gao Ding и другие.

Как высокопроизводительный эластомер, ТПУ имеет широчайшее спектр применения в отраслях, таких как бытовые товары, спорттовары, игрушки и декоративные материалы; ниже приведены несколько примеров.

① , материалы для обуви

ТПУ используется в обувных материалах главным образом благодаря своим превосходным эластичным и износостойким свойствам. Обувные изделия, содержащие ТПУ, значительно превосходят обычные обувные изделия по уровню комфорта при носке; поэтому они широко применяются в высококлассной обуви, особенно в спортивной и повседневной обуви.

② Шланг

Благодаря своей мягкости, высокой прочности на растяжение и ударную прочность, а также устойчивости к высоким и низким температурам, ТПУ-шланги в Китае широко используются в качестве газовых и масляных шлангов для авиационной техники, танков, автомобилей, мотоциклов, станков и других видов оборудования.

③ Кабель

ТПУ обладает такими характеристиками, как устойчивость к разрывам, износостойкость и гибкость; особенно важна его стойкость к высоким и низким температурам, что является ключевым фактором для характеристик кабелей. Поэтому на китайском рынке ТПУ широко применяется для изготовления высококачественных кабелей, таких как контрольные и силовые кабели, — в частности, в качестве защитного покрытия для сложных по конструкции кабелей. Сферы его применения становятся всё более многообразными.

④ Медицинское оборудование

ТПУ — это безопасный, стабильный и высококачественный альтернативный материал для ПВХ, который не содержит таких химических вредных веществ, как фталаты, способных migrировать в кровь или другие жидкости внутри медицинских катетеров или медицинских пакетов и вызывать побочные эффекты. Специально разработанные сорта ТПУ для экструзии и литья под давлением можно легко использовать, лишь слегка настроив существующее оборудование для ПВХ.